1993～1995年南海中部的硅质生物通量及其季节性变化:季风气候和ElNi(n)o的响应

南海中部放射虫与硅藻通量的季节性变化受到季风气候的控制. 放射虫与硅藻在季风盛行期增加, 在季风转变期减少. 季风驱动的海流变化, 促进不同海区的海水流动, 为海洋表层生物带来了丰富的营养物质, 从而促进了放射虫与硅藻通量的增加. 放射虫通量与有机碳通量、表层初级生产力和表层输出生产力的变化一致. 高的放射虫通量对应于高的表层初级生产力. 1994～1995年放射虫与硅藻通量的突然增加与这个时期发生的ElNi(n)o事件有关.     

1993～1995年南海中部的硅质生物通量及其季节性变化:季风气候和El Nio的响应

南海中部放射虫与硅薄通量的季节性变化受到季风气候的控制。放射虫与硅薄在季风盛行期增加,在季风转变期减少。季风驱动的海流变化。促进不同海区的海水流动,为海洋表层生物带来了丰富的营养物质,从而促进了放射虫与硅薄通量的增加。     

基于沉积物捕获器的南海表层初级生产力及输出生产力估算

南海时间系列沉积物捕获器研究结果初步表明,南海颗粒有机碳通量受季风影响,其中北部的高生产力主要与东北季风有关,而南海中部除受东北季同影响之外,则更体现受西南季风的影响。据颗粒有要碳通量估算的初级生产力和表层输出生产力分别为５３．０－６３．４ｇＣ．ｍ＾－２．ａ＾－１和１０．３２－１２．９３ｇＣ．ｍ＾－２．ａ＾－１,季同期间生产力与颗粒有机碳通量的增高在某种程度上说明了南海盛冰期时古生产力的增高可能是     

南海放射虫与初级生产力的古海洋学转换关系

根据南海４６个调查站位的表层沉积物中放射虫群和上覆水体中初级生产力的分析测试结果,采用主分量因子分析与多元线性和非线性回归分析相结合的方法,初步探讨并建立了南海放射虫组合因子与初级生产力的转换函数。结果表明：南海放射虫组合与初级生产力的非线性转换函数公式具有较好的参数指标,其中因子分析的方差累计总贡献为８３．６％,共同度均大于０．９４０３４７;回归分析中的复相关系数为０．８４８８８,解释方差累计总     

冲绳海槽中部过去15 ka来浮游植物生产力和种群结构变化的生物标志物重建

生物标志物已经被广泛应用于重建海洋浮游植物生产力和种群结构变化. 本文将这种方法应用于冲绳海槽中部来重建冰消期至全新世浮游植物生产力和种群结构变化. 生物标志物总含量的变化表明冰消期海洋生产力高于全新世; 而生物标志物的相对比例变化显示浮游植物种群结构发生了改变, 冰消期期间颗石藻的相对比例下降, 而甲藻和硅藻升高. 冰消期初级生产力的增加与冬季季风加强有关. 另外, 相对低的海平面也会造成陆源营养盐输送增加. 陆源生物标志物(长链偶数正构醇)含量的增加也证明了陆源物质输送的增加. 同时, 冰消期期间营养盐输送的变化也改变了浮游植物的种群结构.     

南海南部现代水体与表层沉积硅藻的分布特征

探讨了南海南部海区现代水体和表层沉积中硅藻在属种、丰度上的相关关系及主要的环境控制因素，为南海古环境的对比及重建提供了可靠的依据．分析显示：南海南部的东南海域现代及沉积硅藻丰度较高，且变化趋势相似；西北两者丰度较低，变化趋势有差异．该海区的现代硅藻的优势种为菱形海线藻（Thalassionema nitzschioides）和双头菱形藻（Nitzschia bicapitata），沉积硅藻的优势种为菱形海线藻和短刺角毛藻（Chaetoceros messanensis）；相对于现代硅藻，沉积硅藻中减少的是个体相对较小，壳壁较薄的类型，增多的则是个体大、壳壁厚的种类；东南海域现代硅藻的菱形海线藻百分含量高于西北区，沉积硅藻的则变化不大．研究结果认为，西南季风是影响现代硅藻丰度和菱形海线藻百分含量的重要因素，沉积硅藻丰度和菱形海线藻百分含量的分布与西南季风盛行时上层水体硅藻的丰度和菱形海线藻百分含量分布基本一致．     

MIS 3期南海西部上层水体古海洋学变化

“太阳号” 17954站位于南海西部越南岸外夏季上升流区, 沉积物记录了东亚夏季风的变化. 本次研究在AMS ¹⁴C测年基础上建立了严格的年龄框架, 利用浮游有孔虫Globigerinoides ruber (white s.s.)的Mg/Ca-古海水温度计, 对17954柱状样氧同位素三期(MIS 3)表层海水古温度和盐度进行估算, 并结合温跃层以及有孔虫初级生产力的变化探讨东亚夏季风在MIS 3期的变化. 研究表明, 17954站G. ruber氧同位素与NGRIP冰芯以及葫芦洞石笋的氧同位素一样, 存在显著的千年尺度的波动, 显示了该海区表层环境变化与北半球高纬地区以及东亚夏季风变化的内在联系. 17954站在MIS 3期中记录了5个明显的温跃层变浅时期S1~S5, 其中S1~S4时期均有表层海水温度和盐度降低、生产力增加的状况, 表明在这些时期内有明显的上升流的存在, 指示了较强的东亚夏季风, 同时盐度的降低与夏季风带来较强的降水有关.     

南海南部1.2 MaBP以来古生态环境变化事件的放射虫记录

研究了南海南部ODP184航次1143站约1.2MaBP以来岩芯中的放射虫化石，通过分析其变化趋势得出以下沉积分布特征：1.2MaBP以来该海区放射虫动物群的丰度水平经历了由0.9MaBP以前的析低水平，到0.9～0.6MaBP的小幅度升高，以及0.65Ma之后大幅显著回升的变化过程，丰度值在整个过程中呈阶段性逐步上升趋势，并存在规律性周期波动，分析认为，0.65MaBP以后放射虫丰度的显著升高指示0.65MaBP以后该海区属典型的上升流区，推测其原因为东亚季风的逐步强化，频谱分析发现，放射虫指标的变化在0.9MaBP之后存在约0.20Ma的旋回周期，同本海区其他古海洋学指标的周期分析结果有良好对应，这一结果可能指示本海区特殊的古生态环境周期演变特征，同时，对0.1Ma和23ka的轨道周期也有所响应，此外，放射虫的多项指标综合显示了大约0.47MaBP存在的明显变化界线，在此年代之后放射虫动物群开始显现显著的群落结构稳定，丰富值保持较高水平波动的状况，指示了0.47MaBP前后一次海洋生态环境突变事件。     

中全新世以来南冲绳海槽古生产力变化的颗石藻化石证据

利用取自南冲绳海槽的MD05-2908岩芯中颗石藻化石碳同位素和颗石藻化石下透光带属种Florisphaera profunda相对百分含量(%Fp)变化,结合17个AMS14C测年数据,重建了该海区6.8kaBP以来高分辨率的表层海水初级生产力变化,并对初级生产力受控机制进行探讨.颗石藻化石碳同位素和%Fp转换函数结果指示该海区6.8kaBP以来初级生产力呈波动降低趋势,主要受东亚夏季风降雨有关的陆源输入减弱影响.约4～2kaBP的PME事件对应的初级生产力相对高值主要是受黑潮流减弱影响;而6.8～4.8kaBP期间的初级生产力高值主要受东亚夏季风强降雨输入更多陆源物质控制,其值也相对高于4～2kaBP.     

南海南部12 Ma以来的蛋白石堆积速率与古生产力变化

对南海南部大洋钻探1143站463个样品中生物硅的检测发现，蛋白石含量及其堆积速率在晚中新世（12．3－5．7Ma)明显增加，与总堆积速率及碳酸堆积速率的变化一致，反映了较高的生物生产力，从而证实了晚中新世南海南部发生了一次“生物勃发事件（biogenic bloom event)”，与印度洋－太平洋海区的“生物勃发事件”相。中更新世（约0．7MPa )以来蛋白石含量及其堆积速率的明显增加， 可能与“中更新世革命”事件之后季风环流的增强所造成的上升流和营养供应增加有关。     

黄土高原西缘在AD 1875~2003期间石笋氧同位素记录的季风降水变化与海气系统的联系

基于黄土高原西部甘肃武都万象洞中一根石笋0~16 mm之间的5个高精度²³⁰Th年代和103个δ¹⁸O数据, 重建了亚洲季风边缘区过去100多年来高分辨率的季风降水变化历史. 通过与武都器测降水数据对比发现, 最近50多年来石笋氧同位素组成受降雨量效应的影响, 指示了亚洲季风的强弱变化及其带来的降水量信息. 近100多年来亚洲季风的变化历史可分为季风降水增强期(AD 1875~1900)、季风降水减弱期(AD 1901~1946)和季风降水再次增强期(AD 1947~2003) 3个气候段, 而且这3个季风变化阶段与通过历史文献记载建立的旱涝指数变化相似. 近100多年来万象洞石笋氧同位素记录的季风强度变化与太平洋年代际振荡(PDO)密切相关, 年代际时间尺度上PDO暖(冷)相位与季风降水的减少(增加)对应; 但在1977年之后出现了季风降水变化和PDO的反相位关系, 很可能是北太平洋在1976/1977年前后发生的年代际气候跃变的反映. 说明现代亚洲季风强度及季风降水变化通过海气相互作用与太平洋密切相关. 这种关系将有助于亚洲季风区水循环的预测, 而且可以利用洞穴观测数据来提高气候模型的预测能力.     

末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积

硅藻贡献了海洋40%的初级生产力, 在海洋生物地球化学循环中发挥重要作用, 是全球碳固定的主要贡献者之一. 大洋硅藻席沉积是硅藻大规模“勃发”的产物, 通过对东菲律宾海136°~140°E, 15°~21°N区域内藻席的分析鉴定发现, 出现于这一低纬西太平洋的硅藻席的成席藻类为Ethmodiscus rex (Wallich) Hendey; 同时, 大量的AMS14C测年数据显示这些富含硅藻席的沉积物形成于16000 ~ 28600 a BP (¹⁴C年龄)期间, 即硅藻“勃发”发生于末次冰期, 而其他层位并未发现藻席沉积. 初步分析表明, 末次冰期由于南极中层水(AAIW)北扩, 将富含硅酸盐的海水带入了研究区, 即南大洋的“硅溢漏”作用, 使该区域硅藻得以勃发; 同时, 末次冰期铁输入的增加, 也可能促进了该区硅藻的勃发.     

北冰洋: 生物生产力的“沙漠”?

利用14C吸收法、3H吸收法、234Th/238U不平衡法和210Pbex测年法分别测定了北冰洋的初级生产力、细菌生产力、颗粒有机碳输出通量及沉积物有机碳埋藏速率. 结果表明, 北冰洋水柱积分生产力介于3.8~197.1 mmol C/m2@d, 高于早期的报道值, 其中楚克奇陆架区初级生产力水平高于深海盆地. 积分细菌生产力与初级生产力的比值大于0.5, 表明在北冰洋寒冷的水体中细菌活动并未受到明显限制. 由234Th/238U不平衡获得的234Th亏损程度、溶解态与颗粒态234Th停留时间、颗粒有机碳的输出通量均证实, 北冰洋深海盆地仍存在一定的颗粒清除、迁出作用. 夏季期间楚克奇陆架沉积物有机碳埋藏速率为25~35 mmol C/m2@d, 占水柱初级生产力的59%~82%, 表明有机碳的输送与埋藏是非常高效的. 上述证据均表明, 至少在夏季期间, 北冰洋并非生物生产力极其贫瘠的海洋"沙漠", 它存在相对活跃的海洋碳循环过程, 重新评估北冰洋在全球碳循环中的作用显得更为重要.     

冰岛北部陆架3000年以来夏季表层海水温度及古气候事件

冰岛北部陆架MD992271孔沉积硅藻中喜暖硅藻数量持续减少以及喜冷藻类数量不断增加, 反映了该区近3000年来气候变冷的趋势, 而硅藻组合中这两类硅藻数量呈周期性的此消彼长, 指示在趋冷的背景下, 气候的冷暖交替过程. 转换函数计算结果表明, 该孔夏季表层海水温度变化大致可分3个阶段, 在1400 cal. aBP以前, 温度基本高于平均值; 在1400~700 cal. aBP之间, 温度在平均值上下起伏, 而在700 cal. aBP后, 温度均处于平均值之下. 在这3000多年间, 还存在着4次明显的降温事件, 降温事件的中心分别位于约2600, 1900, 1300和600 cal. aBP. 上述夏季表层海水温度变化和冰岛北部陆架HM107-03和MD992275孔资料相对比, 明显具有一致性, 同时也可与GISP2冰芯氧同位素及北大西洋深海沉积记录对比, 说明冰岛北部陆架晚全新世夏季表层海水温度变化, 受区域性气候变化的控制. 直接导致上述海水温度变化, 是影响该区暖流和寒流作用此消彼长的结果, 而冰岛周边海域3000年来海流分布的基本格局未有明显改变.     

南海ODP 1143站第四纪高分辨率的蛋白石记录及其古生产力意义

南海南部ODP 1143站位第四纪以来的蛋白石含量及其堆积速率与底栖有孔虫氧同位素记录的对比显示, 900 ka以来蛋白石含量及其堆积速率在间冰期明显增加, 而冰期降低, 反映了间冰期高的表层生产力, 可能是由于间冰期夏季风的加强, 从而导致了上升流的增强和营养提供的增加. 底栖有孔虫氧同位素记录与蛋白石含量及其堆积速率的时间序列频谱分析结果表明, 900 ka以来南海南部表层生产力变化主要受地球轨道周期的驱动.     

晚上新世南海北部底栖有孔虫Bulimina alazanensis含量变化及其原因探讨

南海北部大洋钻探184航次1146站晚上新世以来的研究发现, 底栖有孔虫Bulimina alazanensis 的含量3.2～2.0 Ma BP逐渐减少, 并在2.1 Ma BP前后发生锐减, 其变化幅度达90%. 其他底栖有孔虫属种如Globobulimina subglobosa和Cibicidoides wuellerstorfi的含量则是在2.1 Ma BP之前较低, 而2.1 Ma BP之后增加. 对比浮游、底栖有孔虫的氧、碳同位素变化, 发现 B. alazanensis 的含量变化与氧、碳同位素的波动相对应: 当氧同位素值较轻, 即暖期时, 该种的含量处于峰值; 而当氧同位素值变重时, 该种含量也降低. 与碳同位素变化对比, 该种的高峰值分别与底栖有孔虫碳同位素的高值、浮游有孔虫碳同位素的低值对应. 结合北极冰盖扩张、东亚冬季风加强、表层生产力增加等诸多因素, 认为晚上新世由巴士海峡进入南海的深层水由较暖、溶解氧含量较高的西太平洋深层水团, 在2.1 Ma BP前后, 变为溶解氧含量较低的中层水团, 同时随着北极冰盖的扩张, 东亚季风的加强, 南海表层海水生产力增 加, 底层海水逐渐富营养且缺氧, 逐渐对B. alazanensis的生产形成压力, 导致该种自3.2 Ma BP开始含量逐渐降低, 并在2.1 Ma BP前后达到最低.     

贵州七星洞全新世石笋的氧同位素记录及其指示的季风气侯变化

对贵州七星洞的石笋进行了TIMS铀系测年和氧同位素组分分析,建立了最近7.7ka石笋δ^18O值的变化序列。重建了贵州地区7.7kaBP以来的季风气候变化：7.7-5.8kaBP,适宜期内的夏季风强盛期;5.8-3.8kaBP,夏季风的稳定减弱期;3.8-0.15kaBP,减弱的夏季风及 气候大幅波动期。并指出7.7kaBP以来石笋δ^18O值增加趋势既反映了北半球夏季太阳辐射减少引起的夏季风减弱,也反映了西南季风降雨对该地区的贡献相对减少,这与模拟结果所表明的西南季风强度变化相一致;δ^18O值大幅度的波动变化则可能表明与降雨量变化相联系的不同季风降水云团对该地区降雨贡献的剧烈变化。     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

南冲绳海槽1000 年以来的硅藻记录及古环境

通过对冲绳海槽南部MD05-2908 孔沉积样品的硅藻分析, 探讨了该区1000 年以来的气 候变化及环境响应. 研究区位于东亚季风区, 又处在黑潮流经区域, 其气候与古环境变化受二 者的共同影响. 对具有环境指示意义的黑潮指示种和淡水种硅藻的分析结果显示, 二者的变化 趋势与历史上的“中世纪暖期”及“小冰期”有很好的对应关系: 950～1500 AD 期间黑潮指示种波 动增加, 而淡水硅藻的含量波动下降, 说明研究区受黑潮的影响较强, 而降雨量较小, 反映了 研究区中世纪暖期暖干的气候特点; 1500～1900 AD 期间黑潮指示种的含量持续降低并保持低 值, 说明当时黑潮对研究区的影响减弱, 海水温度较低, 与小冰期气候特点相似; 同时淡水种 在该时期含量显著增加并达到峰值, 表明台湾东北部在小冰期期间降水偏多. 硅藻研究结果反 映的1000 年来暖干-冷湿的气候特点, 可能与西太平洋副热带高压位置的变化对东亚夏季风降 水的影响有关: 温度升高, 西太平洋副热带高压位置偏北, 该地区降水减少; 反之, 温度降低, 西太平洋副热带高压位置偏南, 该地区降水增加.     

南海北部造礁珊瑚氧同位素的年际和年代际趋势变化及其影响因素

从海南岛东岸采集了Porites lutea和P.lobata两种滨珊瑚个体，沿其生长轴线以每年25～28个样品的分辨率取样并进行氧同位素分析，目的是研究滨珊瑚骨骼氧同位素组成在季节、年际和年代际3个时间尺度上的变化与季风气候的联系．分析结果表明，滨珊瑚的δ^18O值季节和年际变化在冬季风盛行的季节里主要受表层海温（SST）控制，而在夏季δ^18O值与表层海水盐度（SSS）显示较好的相关性．海水的盐度和同位素分析结果显示，它们都与夏季风降水的大小相关，指示着夏季风降水对海水和珊瑚氧同位素组成年际变化决定性作用．冬、夏季风从时间上独立地对珊瑚氧同位素的控制，使我们可能通过同一序列的记录来重建冬、夏季风的变化．在年代际尺度的趋势变化上珊瑚万δ^18O值与大区域的盐度变化相一致，并且与当地降水关系不大，可能说明了珊瑚万δ^18O值年代际变化受大区域海洋环流和水文气候影响，是大区域季风降水、蒸发及其与太平洋海水交换等因素综合作用的结果．